1 項(xiàng)目簡介

　　嶺澳核電站二期位于大亞灣核電基地,，是我國“十五”期間唯一開工的核電項(xiàng)目，采用中廣核集團(tuán)具有自主品牌的中國改進(jìn)型壓水堆核電技術(shù)路線CPR1000,，建設(shè)兩臺(tái)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組,。其儀控系統(tǒng)采用了TXS（安全級(jí)儀控系統(tǒng)）+T×P（非安全級(jí)儀控系統(tǒng)）的數(shù)字化儀控系統(tǒng)。所有儀控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信都是由SINEC H1總線～I(xiàn)PROFIBUS總線系統(tǒng)構(gòu)成的終端總線,、電廠總線和現(xiàn)場(chǎng)總線完成,。非安全級(jí)儀控系統(tǒng)TXP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全部使用了西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品OSM（單元機(jī)組+公用機(jī)組共使用18個(gè)ITP62、22個(gè)ITP53,、4個(gè)BCO8）組成的多個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)來滿足設(shè)計(jì)要求,。終端總線用于PU（Processing Unit）、SU（Server Unit）和OT（Operating Termina1）之間的通信以及通過網(wǎng)關(guān)／網(wǎng)橋與其他儀控系統(tǒng)互相連接，電廠總線用于PU（Processing Unit）,、AS620（Automation System）,、ES680（Engineering System）和DS670（Diagnostic System）之間的通信，并且通過網(wǎng)關(guān)與TXS系統(tǒng)相連,。本文著重對(duì)TXP系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了分析,。

　　2 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成和功能

　　核電站儀控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：

　　（1）一體化操作和信息管理網(wǎng)

　　該層網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)根據(jù)核電站的使用環(huán)境和隔離,、防火的要求,，選用光纜是適當(dāng)?shù)摹?duì)于其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭t根據(jù)核電站I&C站點(diǎn)多,、容量大,、可靠性高的需要，宜選冗余的雙環(huán)網(wǎng)絡(luò),。其網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議宜選TCP／IP協(xié)議,。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)則宜選擇技術(shù)成熟，可靠和應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),，RIUNIX,。網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度要求100MBit／s或更高。

　?。?） 自動(dòng)控制和保護(hù)層網(wǎng)絡(luò)

　　作為核安全級(jí)（1E級(jí)）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),，其模塊的硬／軟件必須是經(jīng)過核安全級(jí)（1E級(jí)）的鑒定，有過成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品,。本文不做詳細(xì)描述,。

　　非核安全級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)過程控制功能組相互連接后再與操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)通訊。功能組的劃分主要考慮所完成的功能,，兼顧采購合同的責(zé)任范圍,，以減少設(shè)計(jì)接口，又便于調(diào)試維修,。

　　公用通訊網(wǎng)主要將兩機(jī)組公共部分以及廠區(qū)少部分系統(tǒng)的信息與控制命令，分別與兩個(gè)機(jī)組的操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊,。

　　TXP通訊網(wǎng)絡(luò)有兩種： “電廠總線”和“終端總線” ,。兩種通訊網(wǎng)絡(luò)都是由若干OSM網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過光纖連接組成的虛擬環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該總線結(jié)構(gòu)是通過使用SINEC H1 FO而建立起來的,，基于IEEE 802．3標(biāo)準(zhǔn),。OSM是SINEC H1 FO網(wǎng)絡(luò)核心部件。整個(gè)網(wǎng)是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連接的,，并通過OSM模件中的開斷點(diǎn)實(shí)現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu),。當(dāng)虛擬環(huán)網(wǎng)上所有部件均正常工作時(shí)，其中必有一塊OSM模件的電子開關(guān)是打開的（RM模式），在開斷點(diǎn)上,，來自兩個(gè)方向的信號(hào)受到監(jiān)視,。當(dāng)虛擬環(huán)網(wǎng)上有一部件工作不正常形成開路時(shí)，信號(hào)僅來自單方向,，則可以認(rèn)為是總線故障,。在這種情況下，斷點(diǎn)將被關(guān)閉,，該電子開關(guān)閉合形成新的形式的總線網(wǎng)并且與此相連的總線部件將被重新結(jié)合在通訊網(wǎng)絡(luò)之中,，重建過程小于0．3秒，同時(shí)報(bào)警通知系統(tǒng)維護(hù)人員排除故障,，實(shí)現(xiàn)了冗余總線的設(shè)計(jì),。

　　虛擬環(huán)設(shè)計(jì)保證了內(nèi)在的單容錯(cuò)，能使系統(tǒng)總線在單一故障情況下繼續(xù)工作,。從可用率及冗余質(zhì)量上比較,，與二取一的總線結(jié)構(gòu)相當(dāng)，保證了系統(tǒng)單一故障容錯(cuò),，增強(qiáng)了系統(tǒng)通信的可靠性,。

　　2.1 電廠總線

　　電廠總線是用于連接DCS level 1層設(shè)備和連接用于level 1和level 2層之間通訊的處理單元（PU）。以下DCS設(shè)備連接在電廠總線上：

　　· 所有的自動(dòng)化控制系統(tǒng)AS620,；

　　· 一對(duì)冗余的處理單元PU,；

　　· 與安全級(jí)儀控系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)；

　　· 第三方儀控系統(tǒng),；

　　·TXP系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)DS670,；

　　·TXP系統(tǒng)的工程師站ES680；

　　·DCS系統(tǒng)的時(shí)鐘發(fā)生器,。

　　電廠總線的設(shè)計(jì)滿足下列要求：

　?。?）使用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議

　　電廠總線是基于符合IEEE 802．3／802．3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線。符合ISO／OSI的7層通信模型,。電廠總線在協(xié)議的結(jié)構(gòu)上有一些不同,，主要差別在3層至7層。使用了西門子公司為適用工業(yè)通信開發(fā)的SINEC NETAP協(xié)議,。

　?。?）單一故障容錯(cuò)能力

　　電廠總線在設(shè)計(jì)中被分割成多個(gè)環(huán)網(wǎng)。每個(gè)環(huán)網(wǎng)都滿足單一故障容錯(cuò),，子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接使用冗余熱備連接,，使用光纖作為連接介質(zhì)。同時(shí)OSM分布在不同的I&C機(jī)柜內(nèi)并且使用獨(dú)立的供電,，如圖2所示,。

　　所有連接在電廠總線上的設(shè)備（如AS620，Pu，網(wǎng)關(guān)）都是通過物理隔離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到OSM上的,，同樣分布在不同的I&C機(jī)柜內(nèi)并且使用獨(dú)立的供電,。

　　（3）不同序列和不同房間之間的電氣隔離

　　分布在不同房間的子網(wǎng)絡(luò)都是通過光纖連接的,。

　?。?） 隔離干擾和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化

　　為了盡可能隔離干擾和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，電廠總線被分為以下八個(gè)部分（如圖3所示）：

　　· 總網(wǎng)絡(luò)

　　作為電廠總線的高速鏈路,，使用了4個(gè)OSM BC08和2個(gè)OSM ITP53,。

　　· 非安全級(jí)序列A（NC·A）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有非安全級(jí)子網(wǎng)絡(luò)序列A設(shè)備，ITP53和6個(gè)OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng),。

　　· 非安全級(jí)序列B（NC—B）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有非安全級(jí)子網(wǎng)絡(luò)序列B設(shè)備,，ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 安全相關(guān)序列A（SR—A）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有安全相關(guān)子網(wǎng)絡(luò)序列A設(shè)備,，ITP53和4個(gè)OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng),。

　　· 安全相關(guān)序列B（SR-B）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有安全相關(guān)子網(wǎng)絡(luò)序列B設(shè)備，ITP53和2個(gè)OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng),。

　　· 非安全級(jí)公用機(jī)組NC—UNIT 8Y-網(wǎng)絡(luò)

　　非安全級(jí)8號(hào)公用機(jī)組子網(wǎng)絡(luò),，使用4個(gè)OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。每2個(gè)ITP53組成冗余環(huán)網(wǎng)之間的熱備STBY模式與3,，4號(hào)單元機(jī)組連接,。

　　·DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡(luò)

　　DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡(luò)，使用2個(gè)OSM ITP53和2個(gè)OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng),。

　　· 非安全級(jí)-安全級(jí)之間通訊的網(wǎng)關(guān)子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有連接安全級(jí)和非安全級(jí)子網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān),。使用2個(gè)OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　此外為了提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性,，還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM做一些限制性的配置,。配置如下：

　　· 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM上所有端口（除了級(jí)聯(lián)端口和光纖環(huán)端口）使用靜態(tài)MAC地址尋址。

　　· 將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM上所有端I：1 （除了級(jí)聯(lián)端口和光纖環(huán)網(wǎng)端口）廣播方式閉鎖,。

　　· 對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的DCS時(shí)鐘發(fā)生器,、工程師站和診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)速度限制在10MBit／s。

　　· 子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接網(wǎng)絡(luò)速度配置為100MBit／s,。

　　2．2 終端總線

　　終端總線是用于連接DCS level 2層設(shè)備,。以下DCS設(shè)備連接在終端總線上：

　　· 一對(duì)冗余的處理單元PU；

　　· 一對(duì)冗余的服務(wù)單元SU,；

　　· 所有的操作員站OT；

　　· 與第三方外部通訊接口設(shè)備XU,；

　　· 工程師站ES680和診斷系統(tǒng)DS670,；

　　· 網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。

　　終端總線的設(shè)計(jì)滿足下列要求：

　　（1）使用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議

　　電廠總線是基于符合IEEE 802．3／802．3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線,。符合ISO／OSI的通信模型,。為確保OM690系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的通信，在終端總線的2至4層使用了TCP／IP協(xié)議,，從軟件方面增強(qiáng)了系統(tǒng)的開放性,。

　　（2）單一故障容錯(cuò)能力

　　終端總線構(gòu)建為一個(gè)主網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)子網(wǎng)絡(luò),。主網(wǎng)絡(luò)在物理上分布在不同的電子間和計(jì)算機(jī)問內(nèi),。子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質(zhì),。同時(shí)OSM分布在不同的I&C機(jī)柜內(nèi)并且使用獨(dú)立的供電,。所有連接在終端總線上的設(shè)備（如Pu，SU）都是分別與不同的OSMXH連,，分布在不同的I&C機(jī)柜內(nèi)并且使用獨(dú)立的供電,。

　　位于同一個(gè)房間內(nèi)的OT（比如主控室，遠(yuǎn)程停堆站）按照奇數(shù)／偶數(shù)對(duì)稱分布與OSM相連,，這樣保證了即使一個(gè)序列的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備失效時(shí),，至少50％的操作員站仍然可用。

　?。?） 不同序列和不同房間之間的電氣隔離分布在不同房間的子網(wǎng)絡(luò)通過光纖連接,。

　　（4）隔離干擾和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化

　　為了盡可能隔離干擾和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊,，終端總線被分為以下2個(gè)部分（如圖4所示）：

　　· 主網(wǎng)絡(luò)

　　作為整個(gè)終端總線的高速鏈路,；所有的OM690設(shè)備都連接在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。使用4個(gè)OSM ITP62～12個(gè)OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng),。

　　· 計(jì)算機(jī)間子網(wǎng)絡(luò)

　　主要是連接工程師站ES680,、診斷系統(tǒng)DS670、PC機(jī),、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)和SOE站,，使用2個(gè)OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　3 總結(jié)

　　通過對(duì)嶺澳二期核電站TXP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析可以看出,，由0SM組成的SINEC—H1 FO終端總線,、電廠總線具有良好的可利用性、單一故障容錯(cuò),、有效的總線管理和診斷功能等特點(diǎn),，基本滿足核電廠對(duì)數(shù)據(jù)通信高可靠性的要求。